DE102021201835B4 - Part of a luggage system comprising a natural fiber material and methods for its manufacture and repair - Google Patents
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- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
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- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
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Abstract
Teil (21; 31; 400) eines Gepäcksystems, insbesondere Schale (510; 520) eines Hartschalenkoffers oder Trolleys (500), umfassend ein faserverstärktes Material (100a; 100b; 100c), wobei das faserverstärkte Material umfasst:1a. ein Naturfasermaterial (110a; 110b; 110c); und1b. ein Matrixmaterial (130a; 130b; 130c), wobei1C. das Naturfasermaterial mindestens einen Satz (120a; 120b-121b; 120C-123e) von unidirektionalen Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind; undid. wobei das Naturfasermaterial als geschichteter Stoff bereitgestellt ist.Part (21; 31; 400) of a luggage system, in particular shell (510; 520) of a hard case or trolley (500), comprising a fiber-reinforced material (100a; 100b; 100c), the fiber-reinforced material comprising: 1a. a natural fiber material (110a; 110b; 110c); and1b. a matrix material (130a; 130b; 130c), wherein 1C. the natural fiber material comprises at least one set (120a; 120b-121b; 120C-123e) of unidirectional fibers incorporated into and/or impregnated with the matrix material; undid. wherein the natural fiber material is provided as a layered fabric.
Description
1. Technisches Gebiet1. Technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gepäcksystem oder einen Teil eines Gepäcksystems, insbesondere eine Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys oder einen Teil einer solchen Schale, umfassend ein Naturfasermaterial. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung und ein Verfahren zur Reparatur eines solchen Gepäcksystems oder eines Teils eines Gepäcksystems.The present invention relates to a luggage system or a part of a luggage system, in particular a shell of a hard case or trolley or a part of such a shell, comprising a natural fiber material. The present invention also relates to a method for manufacturing and a method for repairing such a luggage system or a part of a luggage system.
2. Stand der Technik2. State of the art
Materialfasern aus Kunststoff, Carbon oder E-Glas werden seit Jahrzehnten in der Rollgepäckindustrie eingesetzt, sowohl in gewebten als auch in nicht gewebten Mustern, die in einem geeigneten Matrixmaterial suspendiert sind, aufgrund ihrer Fähigkeit, die Festigkeit in einer Reihe von Bereichen wie der Zug-, Reiß- und Torsionsstabilität des Gepäcks zu erhöhen. Während diese Verbundmaterialien ein hohes Maß an mechanischer Leistung erreichen können, können sie durch schlechte Verarbeitung und Umweltbedingungen leicht geschwächt werden oder brechen.Material fibers of plastic, carbon or E-glass have been used in the rolling luggage industry for decades in both woven and non-woven patterns suspended in a suitable matrix material for their ability to provide strength in a number of areas such as tensile , to increase the tear and torsional stability of the luggage. While these composite materials can achieve high levels of mechanical performance, poor processing and environmental conditions can easily weaken or break them.
Unabhängig von der Ursache besteht im Falle eines Versagens einer solchen Verbundschale keine Chance auf Reparatur, sondern nur auf Ersatz. Die einzelnen Materialien, aus denen der Verbundwerkstoff in der gebrochenen Schale besteht, müssten einzeln getrennt werden, um in modernen Recycling-Anlagen durch Wärme oder mechanische bzw. chemische Prozesse wiederverwertet zu werden. Weltweit werden Verbundwerkstoffe so gut wie nie recycelt, da die Trennung der enthaltenen Materialien schwierig ist, der Energieaufwand für die Trennung hoch ist und der wirtschaftliche Anreiz fehlt.Regardless of the cause, if such a composite shell fails, there is no chance of repair, only replacement. The individual materials that make up the composite material in the broken shell would have to be separated individually in order to be reused in modern recycling plants through heat or mechanical or chemical processes. Globally, composites are almost never recycled because the materials contained are difficult to separate, the energy required for separation is high, and the economic incentive is lacking.
Da die Materialien, die in den bekannten Verbundwerkstoffen enthalten sind, anorganisch sind und bei ihrer Gewinnung und Verarbeitung potenziell oder bereits bekanntlich die Umwelt stark belasten, und da ihr Lebensende fast ausschließlich die Deponie ist, ist die Ökobilanz für die weltweit stärksten Verbundwerkstoffe in der Gepäckindustrie überraschend kurz und mit negativen Auswirkungen auf die Umwelt sowohl zu Beginn als auch am Ende ihres Lebens.Since the materials contained in the known composites are inorganic and potentially or already known to pollute the environment during their extraction and processing, and since their end of life is almost exclusively landfill, the life cycle assessment for the world's strongest composites in the luggage industry surprisingly short and with negative environmental impacts both at the beginning and at the end of their lives.
Für die meisten Verbraucher ist jedoch die ökologische Nachhaltigkeit eine Schlüsseleigenschaft, die sie bei fast jedem Produkt vorfinden möchten. Oft wird geäußert, dass Nachhaltigkeit und Langlebigkeit um jeden Preis gegensätzlich sind und dass das eine für das andere geopfert werden muss, was den Kunden immer mit einem Kompromiss zurücklässt.However, for most consumers, environmental sustainability is a key attribute that they want to find in almost every product. It is often said that sustainability and durability are opposites at all costs and that one must be sacrificed for the other, always leaving the customer with a compromise.
Einige Überlegungen zur Verwendung von Naturfasern wurden in dem Dokument
In jüngerer Zeit wurde Gepäck unter Verwendung von Flachsfasern und Biokunststoffen von PRO-JECTKIN ApS, Dänemark, angeboten (Website: https: / / projectkin.com/).More recently, luggage using flax fibers and bioplastics has been offered by PRO-JECTKIN ApS, Denmark (website: https://projectkin.com/).
Es besteht jedoch immer noch ein Bedarf an Gepäckstücken, die die Umweltverträglichkeit herkömmlicher Gepäcksysteme verbessern und gleichzeitig die Stabilität und Festigkeit bekannter Konstruktionen und Verbundwerkstoffe beibehalten.However, there is still a need for luggage that improves the environmental performance of conventional luggage systems while maintaining the stability and strength of known constructions and composites.
Dieses Problem wird durch die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung angegangen und zumindest teilweise gelöst.This problem is addressed and at least partially solved by the various aspects of the present invention.
3. Zusammenfassung der Erfindung3. Summary of the Invention
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Teil eines Gepäcksystems, insbesondere eine Schale oder einen Teil einer Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys.A first aspect of the invention relates to a part of a luggage system, in particular a shell or part of a shell of a hard case or trolley.
In einer Ausführungsform umfasst das Teil eines Gepäcksystems ein faserverstärktes Material, wobei das faserverstärkte Material ein Naturfasermaterial und ein Matrixmaterial umfasst. Das Naturfasermaterial umfasst mindestens einen Satz von unidirektionalen Fasern, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind.In one embodiment, the part of a luggage system comprises a fiber-reinforced material, the fiber-reinforced material comprising a natural fiber material and a matrix material. The natural fiber material comprises at least one set of unidirectional fibers that are incorporated into and/or impregnated with the matrix material.
In den meisten Teilen dieses Dokuments wird der Einfachheit und Prägnanz halber einfach von einem „Teil des Gepäcksystems“ (oder noch kürzer „Gepäckteil“) gesprochen, aber die Möglichkeit eines ganzen Gepäcksystems wie eines kompletten Hartschalenkoffers oder eines kompletten Trolleys ist immer mit eingeschlossen, sofern nicht anders angegeben.In most parts of this document, for the sake of simplicity and conciseness, we will simply refer to a "part of the luggage system" (or even more briefly "part of luggage"), but the possibility of an entire luggage system such as a complete hard case or trolley is always included unless otherwise noted.
Darüber hinaus kann das offenbarte faserverstärkte Material neben einer Schale oder einem Teil einer Schale eines bereits erwähnten Hartschalenkoffers oder Trolleys auch auf andere Arten von Gepäckstücken angewendet werden, bei denen ein faserverstärktes Material vorteilhaft eingesetzt werden kann, beispielsweise als Verstärkung in bestimmten Bereichen einer Tasche oder eines Reisekoffers, die ansonsten aus einem anderen Material bestehen, z. B. an den Kanten oder Ecken der Tasche oder des Koffers oder in den Bereichen, an denen Räder angebracht sind.In addition, the disclosed fiber-reinforced material can be applied to other types of luggage in addition to a shell or part of a shell of a hard-shell suitcase or trolley already mentioned, where a fiber-reinforced material can be used advantageously, for example as a reinforcement in certain areas of a bag or a Suitcases that are otherwise made of a different material, e.g. B. on the edges or corners of the bag or suitcase or in the areas where wheels are attached.
Im Kontext dieses Dokuments ist ein Naturfasermaterial, manchmal auch als organisches Fasermaterial bezeichnet, ein Fasermaterial, das aus einer Pflanze oder einem anderen Objekt der Natur stammt, im Gegensatz zu den eingangs erwähnten synthetischen oder auf Chemie basierenden Materialien, die üblicherweise im Stand der Technik verwendet werden. Spezifische Beispiele für solche Materialien werden im Folgenden besprochen.In the context of this document, a natural fibrous material, sometimes referred to as an organic fibrous material, is a fibrous material derived from a plant or other natural object, in contrast to the aforementioned synthetic or chemical-based materials commonly used in the art become. Specific examples of such materials are discussed below.
Ein Satz unidirektionaler Fasern ist ein Satz von Fasern, die (z. B. durch absichtliche Anordnung während der Herstellung) entlang einer bestimmten Vorzugsrichtung angeordnet sind, im Gegensatz zu Fasern, die zufällig oder chaotisch angeordnet sind, entweder von sich aus oder nachdem sie in eine solche Anordnung gebracht wurden, z. B. durch Vernadelung oder Gigging. Natürlich werden in einem tatsächlichen Produkt solche unidirektionalen Fasern im Allgemeinen auch nicht alle perfekt parallel zu dieser Vorzugsrichtung angeordnet sein, im strengen mathematischen Sinne des Wortes „parallel“. Eine gewisse Abweichung, die z. B. durch den Herstellungsprozess und/oder durch die natürlichen Unregelmäßigkeiten in der Form der Fasern unvermeidbar ist, wird zwar in Kauf genommen, aber eine erkennbare „Geradlinigkeit“ der Anordnung der Fasern wird bereitgestellt. Das Verständnis des Begriffs „unidirektional“, wie er im Rahmen dieses Dokuments verwendet wird, kann daher dem natürlichen Verständnis entsprechen, das der Fachmann von diesem Begriff haben wird.A set of unidirectional fibers is a set of fibers that are arranged (e.g. by intentional arrangement during manufacture) along a particular preferred direction, as opposed to fibers that are randomly or chaotically arranged, either inherently or after being in such an arrangement were brought, e.g. B. by needling or gigging. Of course, in an actual product, such unidirectional fibers will generally not all be perfectly parallel to this preferential direction either, in the strict mathematical sense of the word "parallel". A certain deviation, the z. B. is unavoidable due to the manufacturing process and / or due to the natural irregularities in the shape of the fibers is accepted, but a recognizable "straightness" of the arrangement of the fibers is provided. The understanding of the term "unidirectional" as used throughout this document can therefore correspond to the natural understanding that those skilled in the art will have of this term.
Neben dem Satz oder den Sätzen unidirektionaler Naturfasern kann das Naturfasermaterial auch weitere Naturfasern in beliebiger Anordnung umfassen, in einer bevorzugten Möglichkeit ist das Naturfasermaterial jedoch vollständig von dem einen oder den mehreren Sätzen unidirektionaler Naturfasern umfasst.In addition to the set or sets of unidirectional natural fibers, the natural fiber material can also include other natural fibers in any arrangement, but in a preferred option the natural fiber material is completely encompassed by the one or more sets of unidirectional natural fibers.
Die unidirektionalen Fasern können teilweise oder vollständig in das Matrixmaterial eingearbeitet sein (geeignete Matrixmaterialien und ihre jeweiligen Eigenschaften werden im Folgenden diskutiert), und/oder sie können teilweise oder vollständig mit dem Matrixmaterial imprägniert sein. Eingearbeitet sein in das Matrixmaterial kann in dem Sinne verstanden werden, dass die Fasern in einem Bett aus Matrixmaterial suspendiert sind oder „frei beweglich“ sind, d. h. die Fasern können in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fasern vom Matrixmaterial durchsetzt sein. Mit dem Matrixmaterial imprägniert zu sein, kann in dem Sinne verstanden werden, dass das Matrixmaterial von den Fasern „aufgesaugt“ wird, z.B. so, dass die Fasern „klebrig“ werden und aneinander haften, ohne dass eine merkliche Menge an Matrixmaterial zwischen den einzelnen Fasern vorhanden ist. Natürlich sind auch Abstufungen zwischen den beiden Möglichkeiten möglich, d.h. die Fasern können sowohl (teilweise) in die Materialmatrix eingearbeitet sein als auch (teilweise) mit dem Matrixmaterial imprägniert sein.The unidirectional fibers may be partially or fully incorporated into the matrix material (suitable matrix materials and their respective properties are discussed below), and/or they may be partially or fully impregnated with the matrix material. Incorporated into the matrix material can be understood as meaning that the fibers are suspended in a bed of matrix material or are "free to move", i. H. the fibers can be interspersed with the matrix material in the interstices between the individual fibers. Being impregnated with the matrix material can be understood in the sense that the matrix material is "soaked up" by the fibres, e.g. so that the fibers become "sticky" and adhere to each other without any appreciable amount of matrix material between the individual fibres is available. Gradations between the two options are of course also possible, i.e. the fibers can be (partially) incorporated into the material matrix or (partially) impregnated with the matrix material.
Neben dem Naturfasermaterial, das den mindestens einen Satz unidirektionaler Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, kann das faserverstärkte Material auch zusätzliche Materialien oder Komponenten beinhalten, z. B. ein (nicht-organisches) textiles Material, um eine weitere Verstärkung an bestimmten Stellen bereitzustellen, die besonders hohen Belastungen und Kräften ausgesetzt sind. In einem bevorzugten Szenario enthält das faserverstärkte Material jedoch neben dem Naturfasermaterial oder den Naturfasermaterialien kein weiteres Fasermaterial.In addition to the natural fiber material, which comprises the at least one set of unidirectional fibers that are incorporated into and/or impregnated with the matrix material, the fiber-reinforced material can also contain additional materials or components, e.g. B. a (non-organic) textile material to provide further reinforcement in certain areas that are subjected to particularly high loads and forces. In a preferred scenario, however, the fiber-reinforced material contains no other fiber material apart from the natural fiber material or the natural fiber materials.
Das Teil eines Gepäcksystems kann ausschließlich aus dem faserverstärkten Material hergestellt sein. Das Teil kann aber auch weitere Komponenten beinhalten, die aus einem anderen Material oder anderen Materialien bestehen oder diese umfassen. Beispielsweise kann das Teil eines Gepäcksystems eine (vordere und/oder hintere) Schale eines Hartschalenkoffers oder Reise- bzw. Kabinentrolleys sein, die in der Regel aus einer vorderen Schale und einer hinteren Schale besteht, wobei der Schalenhauptkörper aus dem offenbarten faserverstärkten Material gefertigt sein kann. Darüber hinaus kann die Schale beispielsweise ein Scharniersystem, ein Reißverschluss- oder Verschlusssystem, eine Griffstange oder Griffstruktur, ein oder mehrere Räder usw. beinhalten, die das offenbarte faserverstärkte Material umfassen oder nicht umfassen können.The part of a luggage system can be made exclusively from the fiber reinforced material. However, the part can also contain further components which consist of or comprise a different material or materials. For example, the part of a luggage system can be a (front and/or rear) shell of a hard case or travel or cabin trolley, which usually consists of a front shell and a rear shell, wherein the shell main body can be made of the disclosed fiber-reinforced material . Additionally, the shell may include, for example, a hinge system, a zipper or closure system, a handle bar or structure, one or more wheels, etc., which may or may not include the disclosed fiber reinforced material.
Die natürlichen oder organischen Fasermaterialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können (einige Beispiele werden weiter unten näher erläutert), benötigen fast keine Herbizide und Pestizide, sehr wenig Wasser zum Wachsen und sehr wenig Energie zum Ernten und Verarbeiten, oft mit wenig oder gar keinen involvierten schädlichen Chemikalien. Darüber hinaus ist es, insbesondere in Kombination mit einem Matrixmaterial, das aus einer biobasierten und biologisch abbaubaren Verbindung besteht oder diese umfasst, möglich, dass die Fasern am Ende der Lebensdauer des Gepäcksystems durch übliche Kompostierungsverfahren, die auf Wasser, Umgebungstemperatur, Druck und UV-Licht zum Abbau angewiesen sind, aus dem Matrixmaterial extrahiert und somit entweder wiederverwertet werden oder als weitere Bodennahrung dienen können.The natural or organic fibrous materials that can be used in the present invention (some examples are discussed in more detail below) require almost no herbicides and pesticides, very little water to grow and very little energy to harvest and Process, often with little or no harmful chemicals involved. In addition, it is possible, particularly in combination with a matrix material consisting of or comprising a bio-based and biodegradable compound, that the fibers at the end of the luggage system's service life may be degraded by common composting processes that depend on water, ambient temperature, pressure and UV light are dependent on decomposition, extracted from the matrix material and thus either recycled or serve as further soil food.
Darüber hinaus wird bei ungerichteten Verbundwerkstoffen (z. B. faserverstärkten Materialien, die eine zufällige Anordnung von Fasern aufweisen) die Energie bei einem Aufprall nicht gleichmäßig im Material verteilt, so dass sich ein Bruch im Material in alle und mehrere Richtungen ausbreiten kann. Dies ist besonders gefährlich für Gepäcksysteme wie Trolleys, da es im Allgemeinen keine ausgewiesenen Aufprallabsorptionszonen gibt (mit anderen Worten, ein Aufprall kann an jeder Stelle des Gepäcks und aus jeder Richtung erfolgen) und daher ein hohes Risiko der Beschädigung oder sogar Zerstörung über den Punkt der möglichen Reparatur des Trolleys hinaus besteht, wenn solche nicht orientierten Verbundwerkstoffe verwendet werden. Außerdem ist bei solchen nicht orientierten Materialien das Hinzufügen von Masse in bestimmten Bereichen (d. h. zusätzliche Schichten in den Ecken des Trolleys) fast immer das Verfahren, das zur Erhöhung der Festigkeit des Materials verwendet wird, was im Widerspruch zu den Prinzipien der Nachhaltigkeit und den immer strengeren Gewichtsbeschränkungen für Gepäckstücke steht.In addition, with non-directional composites (e.g., fiber-reinforced materials, which have a random arrangement of fibers), the energy upon impact is not evenly distributed in the material, so fracture in the material can propagate in all and multiple directions. This is particularly dangerous for luggage systems such as trolleys, as there are generally no designated impact absorption zones (in other words, an impact can occur anywhere on the luggage and from any direction) and therefore a high risk of damage or even destruction beyond the point of impact possible repair of the trolley when such non-oriented composites are used. Also, with such non-oriented materials, adding bulk in specific areas (i.e. extra layers in the corners of the trolley) is almost always the method used to increase the strength of the material, which is at odds with the principles of sustainability and the always stricter baggage weight restrictions.
Im Gegensatz dazu wird der von der vorliegenden Erfindung verwendete Satz unidirektionaler Fasern die Aufprallenergie in einer besser vorhersehbaren und steuerbaren Weise ableiten, da jede Faser die Energie in einer bestimmten Ausrichtung und auf dem Weg des geringsten Widerstands leitet. Neben der Möglichkeit, die Fasern so auszurichten, dass die Energie effizienter aus Bereichen abgeleitet wird, in denen ein Aufprall zumindest als wahrscheinlicher angesehen werden kann (z. B. an den Kanten oder Ecken), können die unidirektionalen Fasern somit auch das Schadensausmaß begrenzen, falls es doch zu einem Bruch kommen sollte, z. B. indem sie den Bruch in eine weniger kritische Richtung in Bezug auf die Gesamtstabilität des Gepäcks/des Trolleys lenken. Im Vergleich zur Verwendung von willkürlich angeordneten Fasern können die unidirektionalen Fasern, die im offengelegten Material verwendet werden, dem Material daher einen „Stabilitätsrahmen“ bereitstellen, der seine Gesamtstabilität und Lebensdauer erhöht.In contrast, the set of unidirectional fibers used by the present invention will dissipate the impact energy in a more predictable and controllable manner since each fiber directs the energy in a specific orientation and along the path of least resistance. In addition to being able to orient the fibers so that the energy is dissipated more efficiently from areas where an impact can be considered at least more likely (e.g. at the edges or corners), the unidirectional fibers can also limit the extent of damage, if a break should occur, e.g. B. by directing the fracture in a less critical direction in relation to the overall stability of the luggage/trolley. Therefore, compared to the use of randomly arranged fibers, the unidirectional fibers used in the disclosed material can provide the material with a "stability frame" that increases its overall stability and durability.
Ein weiterer Vorteil des Verwendens von Naturfasern in unidirektionaler Anordnung ist, dass Naturfasern in Längsrichtung oft sehr stark sind, aber ausfransen oder spalten oder anderweitig zerfallen können, wenn sie in seitlicher Richtung gezogen oder belastet werden (im Gegensatz zu synthetischen Fasern, bei denen dieses Problem möglicherweise nicht oder nur in geringerem Maße besteht). Auch in dieser Hinsicht kann die Verwendung von Naturfasern in einer geeignet gewählten unidirektionalen Anordnung (z. B. so, dass die Fasern überwiegend in ihrer Längsrichtung belastet werden) daher dazu beitragen, die Lebensdauer des Produkts zu erhöhen, verglichen mit der Verwendung von Naturfasern in einer völlig willkürlichen Anordnung, bei der ein Ausfransen und Aufspalten der einzelnen Fasern in größerem Maße auftreten kann.Another benefit of using natural fibers in a unidirectional arrangement is that natural fibers are often very strong in the longitudinal direction, but can fray or split or otherwise disintegrate when pulled or stressed in the lateral direction (unlike synthetic fibers, which have this problem). may not exist or only exist to a lesser extent). In this respect too, the use of natural fibers in a suitably chosen unidirectional arrangement (e.g. such that the fibers are loaded predominantly in their longitudinal direction) can therefore contribute to increasing the lifespan of the product compared to the use of natural fibers in a completely random arrangement in which fraying and splitting of the individual fibers can occur to a greater extent.
In diesem Zusammenhang wird erwähnt, dass das Teil eines Gepäcksystems auch zwei oder mehr Bereiche umfassen kann, in denen faserverstärkte Materialien mit einem unterschiedlich ausgerichteten Satz oder Sätzen von unidirektionalen Naturfasern verwendet werden, um die spezifische Geometrie dieser Bereiche und/oder die Art des Aufpralls, der in diesen Bereichen wahrscheinlich auftritt, zu berücksichtigen, z. B. die Materialzusammensetzung der Naturfasern und/oder des Matrixmaterials oder andere physikalische und mechanische Eigenschaften können sich ebenfalls zwischen solchen Bereichen ändern.In this context it is mentioned that the part of a luggage system can also comprise two or more areas in which fiber reinforced materials with a differently oriented set or sets of unidirectional natural fibers are used in order to adapt the specific geometry of these areas and/or the type of impact, likely to occur in these areas, e.g. B. the material composition of the natural fibers and / or the matrix material or other physical and mechanical properties can also change between such areas.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung des offenbarten faserverstärkten Materials unter Verwendung des Naturfasermaterials mit dem mindestens einen Satz unidirektionaler Fasern, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften eines solchen orientierten Materials, insbesondere für den Bau von Gepäcksystemen wie Hartschalenkoffern oder Trolleys, mit der Umweltfreundlichkeit natürlicher Grundmaterialien verbindet.In summary, it can be said that the use of the disclosed fiber-reinforced material using the natural fiber material with the at least one set of unidirectional fibers that are incorporated into and / or impregnated with the matrix material, the advantageous mechanical properties of such an oriented material, especially for construction of luggage systems such as hard cases or trolleys, with the environmental friendliness of natural basic materials.
Es werden nun weitere Möglichkeiten und Abwandlungen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung angezeigt und diskutiert, wobei diese weiteren Möglichkeiten und Abwandlungen auch miteinander kombiniert werden können, um die gewünschten Material- und Leistungseigenschaften des Teils des Gepäcksystems zu erhalten, auch wenn im Folgenden nicht jede einzelne mögliche Permutation unter den offenbarten Möglichkeiten explizit aufgeführt wird. Einzelne Merkmale von Untermerkmalen können auch weggelassen werden, wenn dies zur Erreichung des gewünschten Ziels nicht notwendig erscheint.Further possibilities and modifications of the first aspect of the present invention are now indicated and discussed, whereby these further possibilities and modifications can also be combined with one another in order to obtain the desired material and performance properties of the part of the luggage system, although not each one is described below possible permutation is explicitly listed among the disclosed possibilities. Individual features of sub-features can also be omitted if this does not appear necessary to achieve the desired goal.
Zum Beispiel kann das Naturfasermaterial n Sätze von unidirektionalen (natürlichen) Fasern umfassen, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist und wobei die n Sätze von unidirektionalen Fasern zueinander nicht parallel sind.For example, the natural fiber material can have n sets of unidirectional (natural) fibers incorporated into and/or impregnated with the matrix material, where n is an integer greater than 1 and where the n sets of unidirectional fibers are non-parallel to one another.
Mit anderen Worten, die Naturfasern können ein mehrachsiges Material bereitstellen, wobei n die Anzahl der Achsen ist. Durch die Erhöhung der Anzahl n der Achsen kann die Isotropie der Materialeigenschaften erhöht werden, möglicherweise auf Kosten höherer Herstellungskosten und Komplexität, so dass im Allgemeinen ein Kompromiss zwischen Stabilität und Isotropie einerseits und Herstellungskosten und Komplexität, aber auch Gewicht des Produkts andererseits gefunden wird.In other words, the natural fibers can provide a multiaxial material, where n is the number of axes. By increasing the number n of axes, the isotropy of the material properties can be increased, possibly at the expense of higher manufacturing costs and complexity, so that there is generally a compromise between stability and isotropy on the one hand and manufacturing costs and complexity, but also weight of the product on the other.
Auch im Zusammenhang mit mehr als einem Satz unidirektionaler Fasern ist es möglich, dass das Teil des Gepäcksystems mehrere Bereiche (d. h. zwei oder mehr) umfasst, in denen unterschiedliche Ausführungsformen des offenbarten Materials verwendet werden. Um ein konkretes Beispiel zu nennen, kann eine Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys auf ihrer Hauptfläche ein faserverstärktes Material umfassen, das ein Naturfasermaterial mit zwei Sätzen (d.h. n = 2) unidirektionaler (Natur-)Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder damit imprägniert sind. An den Kanten und/oder Ecken und/oder dort, wo die Räder angebracht sind, kann die Schale ein faserverstärktes Material umfassen, das ein Naturfasermaterial mit drei oder mehr Sätzen (d. h. n ≥ 3) unidirektionaler (Natur-)Fasern umfasst, die in das Matrixmaterial eingearbeitet und/oder mit diesem imprägniert sind, um diesen spezifischen Bereichen ein hohes Maß an Stabilität bereitzustellen. Die Materialzusammensetzung und/oder mechanischen Eigenschaften der Naturfasern und/oder des Matrixmaterials können sich auch zwischen den verschiedenen Regionen ändern, um die Eigenschaften des Gepäckstücks weiter zu steuern.Also in the context of more than one set of unidirectional fibres, it is possible that the part of the luggage system comprises several areas (i.e. two or more) in which different embodiments of the disclosed material are used. To cite a specific example, a shell of a hard suitcase or trolley may comprise on its major surface a fiber reinforced material comprising a natural fiber material with two sets (i.e. n = 2) of unidirectional (natural) fibers incorporated into the matrix material and/or are impregnated with it. At the edges and/or corners and/or where the wheels are attached, the shell may comprise a fiber reinforced material comprising a natural fiber material with three or more sets (i.e. n ≥ 3) of unidirectional (natural) fibers mixed in incorporated and/or impregnated with the matrix material to provide a high degree of stability to these specific areas. The material composition and/or mechanical properties of the natural fibers and/or matrix material may also vary between different regions to further control the properties of the luggage item.
Insbesondere kann jeder Satz von unidirektionalen Fasern eine Vielzahl von Faserbündeln und/oder faserartigen Garnen umfassen, die entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind.In particular, each set of unidirectional fibers may comprise a plurality of fiber bundles and/or fibrous yarns arranged along a respective axis.
Mit anderen Worten, die Fasern können vorgeordnet oder zu Bündeln oder Garnen gesponnen werden, die dann ausgerichtet und in das faserverstärkte Material des Gepäckstücks eingearbeitet werden. Dies kann nicht nur die Herstellung erleichtern und vereinfachen, sondern auch die „Richtwirkung“ des faserverstärkten Materials erhöhen und somit den durch die Materialachse(n) definierten Richtungen eine besondere Festigkeit verleihen.In other words, the fibers can be pre-organized or spun into bundles or yarns which are then aligned and incorporated into the fiber-reinforced material of the luggage. Not only can this facilitate and simplify manufacture, but it can also increase the "directivity" of the fiber reinforced material, thus providing extra strength to the directions defined by the material axis(s).
Wie bereits erwähnt, können zwei Sätze von unidirektionalen (Natur-)Fasern verwendet werden, d. h. n = 2, was bedeutet, dass das Naturfasermaterial als biaxialer Stoff oder Material bereitgestellt wird.As already mentioned, two sets of unidirectional (natural) fibers can be used, i. H. n=2, meaning that the natural fiber material is provided as a biaxial fabric or material.
Ein biaxiales Material ist der einfachste Fall eines multiaxialen Materials, der über den Fall hinausgeht, dass es nur einen Satz unidirektionaler Fasern aufweist, die entlang einer einzigen Achse orientiert sind. Es kann daher relativ einfach hergestellt werden, stellt aber bereits eine bessere Isotropie und allgemeine Stabilität bereit als ein einachsiges Material. Insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass Naturfasern in Längsrichtung (d.h. entlang der Ausdehnung der Faser) stabiler sein können als in lateraler/seitwärts Richtung, kann bereits das Hinzufügen einer weiteren Achse zum Material die Stabilität und Langlebigkeit des Teils des Gepäcksystems deutlich erhöhen. Ein biaxiales Material stellt somit ein leichtes, aber dennoch ausreichend stabiles und einfach herstellbares faserverstärktes Material für den Gepäckbau auf Basis von Natur- oder organischen Fasern bereit.A biaxial material is the simplest case of a multiaxial material, going beyond having just a set of unidirectional fibers oriented along a single axis. It can therefore be manufactured relatively easily, but already provides better isotropy and general stability than a uniaxial material. Especially considering that natural fibers can be more stable in the longitudinal direction (i.e. along the extent of the fibre) than in the lateral/sideways direction, simply adding another axis to the material can significantly increase the stability and longevity of the part of the luggage system. A biaxial material thus provides a light but nevertheless sufficiently stable and easily manufacturable fiber-reinforced material for luggage construction based on natural or organic fibers.
Die beiden Achsen des biaxialen Stoffs können sich in einem schiefen Winkel (d.h. einem Winkel ungleich 90°) schneiden.The two axes of the biaxial fabric may intersect at an oblique angle (i.e. an angle other than 90°).
Generell ist natürlich auch ein Schnittwinkel der beiden Achsen gleich 90° möglich. Ein schiefer Schnittwinkel (d.h. ≠ 90°) kann jedoch auch die Möglichkeit bieten, eine hohe allgemeine Stabilität des Gepäckstücks aufgrund der Verwendung von mehr als einer Achse mit dem Bereitstellen eines weiteren Grades an „Richtwirkung“ oder Anisotropie zu kombinieren. Da sich die beiden Achsen nicht im 90°-Winkel schneiden, wird zwischen ihnen sowohl ein spitzer Winkel (d.h. ein Winkel < 90°) als auch ein komplementärer stumpfer Winkel (d.h. ein Winkel > 90°) gebildet. Die Richtung, die durch den Winkelsektor des spitzen Winkels definiert wird, liegt beispielsweise „näher“ an den beiden Achsen als der Winkelsektor des stumpfen Winkels, so dass entlang des Winkelsektors des spitzen Winkels eine größere Steifigkeit/Stabilität erreicht werden kann als in der senkrechten Richtung, d.h. entlang des Winkelsektors des stumpfen Winkels. Der Fachmann erkennt, wie sich unter Verwendung dieses Konzepts die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Gepäckstücks nicht nur entlang der beiden Materialachsen selbst, sondern auch in den dazwischen liegenden Winkelsegmenten beeinflussen lassen.In general, of course, an angle of intersection of the two axes equal to 90° is also possible. However, an oblique cut angle (i.e. ≠ 90°) may also provide the opportunity to combine high overall luggage item stability due to the use of more than one axis with the provision of a further degree of "directivity" or anisotropy. Because the two axes do not intersect at 90°, both an acute angle (i.e., an angle < 90°) and a complementary obtuse angle (i.e., an angle > 90°) are formed between them. For example, the direction defined by the acute angle sector is “closer” to the two axes than the obtuse angle sector, so that greater rigidity/stability can be achieved along the acute angle sector than in the perpendicular direction , i.e. along the angular sector of the obtuse angle. Those skilled in the art will recognize how, using this concept, the physical and mechanical properties of the item of luggage can be influenced not only along the two material axes themselves, but also in the angular segments in between.
Eine andere Möglichkeit ist, dass es drei Sätze unidirektionaler (Natur-)Fasern gibt, d. h. n = 3, was bedeutet, dass das Naturfasermaterial als dreiachsiges Material bereitgestellt wird.Another possibility is that there are three sets of unidirectional (natural) fibers, viz. H. n=3, which means that the natural fiber material is provided as a triaxial material.
Ein Vorteil der Verwendung von drei Achsen (oder einer noch größeren Anzahl von Achsen, z. B. n= 4, 5, 6, ..., obwohl eine weitere Erhöhung der Achsenzahl über n = 3 hinaus aus konstruktiver und fertigungstechnischer Sicht zu untragbar werden könnte) ist, dass jegliche Aufprallenergie, die zu einem anfänglichen Bruch des Gepäckstücks an einer bestimmten Stelle führt, schnell mit Barrieren für diese Energie an dem oder den nächstgelegenen Schnittpunkten der verschiedenen Fasersätze entgegengenommen und somit in drei Richtungen umgeleitet wird. Diese Umlenkung der Energie setzt sich fort und teilt sich wieder auf, bis sie das System verlässt oder sich im Material auflöst. Auf diese Weise können große Brüche vermieden werden, was eine Reparatur statt eines Wegwerfens ermöglicht. Darüber hinaus wird die Gesamtstabilität und Isotropie des Materials im Vergleich zur Verwendung von nur einer oder zwei Achsen erhöht.An advantage of using three axes (or an even larger number of axes, e.g. n= 4, 5, 6, ..., although a further increase in the ax (The number of points beyond n = 3 could become prohibitive from a design and manufacturing point of view) is that any impact energy leading to an initial rupture of the luggage at a given location will rapidly react with barriers to that energy at the closest intersection or intersections of the different sets of fibres received and thus diverted in three directions. This diversion of energy continues and divides again until it leaves the system or dissipates in the material. In this way, large breaks can be avoided, allowing for repair rather than throwing away. In addition, the overall stability and isotropy of the material is increased compared to using only one or two axes.
Auch in diesem Fall können sich mindestens zwei der Achsen des triaxialen Stoffs in einem anderen Winkel als 60° schneiden.Also in this case at least two of the axes of the triaxial fabric can intersect at an angle other than 60°.
Mit anderen Worten, auch bei mehr als zwei Achsen können sich die Achsen (oder zumindest einige von ihnen) in einem „unregelmäßigen“ Winkel schneiden, wobei der „regelmäßige“ Winkel für n sich schneidende Achsen als 360° geteilt durch n angesehen werden kann (wobei der Schnittwinkel als der spitze Winkel angesehen werden kann, der durch zwei sich schneidende schräge Achsen geformt wird, nicht als der komplementäre stumpfe Winkel).In other words, even with more than two axes, the axes (or at least some of them) can intersect at an "irregular" angle, where the "regular" angle for n intersecting axes can be viewed as 360° divided by n ( where the intersection angle can be viewed as the acute angle formed by two intersecting oblique axes, not the complementary obtuse angle).
Die im Naturfasermaterial enthaltenen Fasern können kontinuierlich sein.The fibers contained in the natural fiber material can be continuous.
Die kontinuierlichen Fasern, d.h. Fasern, die während oder nach der Gewinnung aus ihrer natürlichen Quelle nicht zerrissen oder geschnitten oder anderweitig gekürzt wurden, weisen in ihrer Längsrichtung (entlang der Ausdehnung der Faser) eine sehr hohe (Reiß-)Festigkeit auf, was sich in einer entsprechend hohen Stabilität des Gepäckstücks niederschlägt, in dem sie verwendet werden. Auch kann durch die Verwendung von kontinuierlichen Fasern der Herstellungsprozess erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht werden, insbesondere wenn die Naturfasern zum Formen eines gewebten Stoffs verarbeitet werden. Aber auch für einen geschichteten Stoff kann die Verwendung von kontinuierlichen Fasern vorteilhaft sein und die generelle Reißfestigkeit des Endproduktes entlang der Faserrichtung(en) erhöhen. Unabhängig vom Aufbau des Naturfasermaterials (gewebt oder geschichtet) kann unter Verwendung von kontinuierlichen Fasern die Widerstandsfähigkeit des Gepäckstücks gegen unkontrollierte Schadensausbreitung erhöht werden, indem Stoßkräfte entlang der Faserausdehnung geleitet werden.The continuous fibres, i.e. fibers that have not been torn or cut or otherwise shortened during or after extraction from their natural source, have a very high (tearing) strength in their longitudinal direction (along the extent of the fibre), which is reflected in a correspondingly high stability of the piece of luggage in which they are used. Also, the use of continuous fibers can facilitate the manufacturing process or make it possible in the first place, particularly when the natural fibers are processed to form a woven fabric. However, the use of continuous fibers can also be advantageous for a layered fabric and increase the general tear resistance of the end product along the fiber direction(s). Regardless of the construction of the natural fiber material (woven or layered), the use of continuous fibers can increase the luggage's resistance to uncontrolled damage propagation by directing impact forces along the fiber extent.
Das Hinzufügen von diskontinuierlichen und/oder partikelförmigen (natürlichen und/oder synthetischen) Fasern zum faserverstärkten Material ist natürlich grundsätzlich auch möglich. Die überwiegende oder ausschließliche Verwendung von kontinuierlichen Naturfasern ist jedoch insofern vorteilhaft, als sie die „Richtwirkung“ des faserverstärkten Materials erhöhen und die bereits mehrfach erwähnte unkontrollierbare Schadensausbreitung begrenzen kann, auch unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit.The addition of discontinuous and/or particulate (natural and/or synthetic) fibers to the fiber-reinforced material is of course also possible in principle. However, the predominant or exclusive use of continuous natural fibers is advantageous in that it can increase the "directivity" of the fiber-reinforced material and limit the uncontrollable spread of damage already mentioned several times, also from the point of view of sustainability.
Das Naturfasermaterial wird als geschichteter Stoff bereitgestellt.The natural fiber material is provided as a layered fabric.
Das Bereitstellen des Naturfasermaterials als Schicht kann den Herstellungsaufwand reduzieren, möglicherweise auf Kosten einer etwas geringeren Stabilität des Materials. Die Herstellung könnte z. B. durch Nassauflegen erfolgen, indem eine oder mehrere Bögen oder Schichten aus orientiertem Fasermaterial in ein Bett aus flüssigem Harz geschichtet werden, das nach dem Aushärten das Matrixmaterial bildet, und diese Vorform dann durch Formpressen in die gewünschte Form gebracht wird, z. B. unter Einwirkung von Druck und durch Aushärten des Harzes durch Wärme, ultraviolettes Licht oder eine schnelle Änderung der Luftfeuchtigkeit, bis das gewünschte Verfahren zum Aushärten des Harzes angewendet wird. Oder die Herstellung erfolgt über imprägnierte Bögen oder Schichten aus Fasermaterial, die in oder auf einem Epoxidharz, einem thermoplastischen Harz oder einer Folie suspendiert sind und dann in die gewünschte Form thermogeformt werden.Providing the natural fiber material as a layer can reduce the manufacturing effort, possibly at the expense of a somewhat lower stability of the material. The production could e.g. This can be done, e.g. by wet lay-up, by laying up one or more sheets or layers of oriented fibrous material in a bed of liquid resin which, when cured, forms the matrix material, and then compression molding this preform into the desired shape, e.g. B. by applying pressure and curing the resin by heat, ultraviolet light or a rapid change in humidity until the desired method of curing the resin is applied. Or it can be manufactured via impregnated sheets or layers of fibrous material suspended in or on an epoxy resin, thermoplastic resin or film and then thermoformed into the desired shape.
Jede Schicht kann darüber hinaus mehrere Lagen aus parallel orientierten, unidirektionalen Fasern umfassen. Oder nur ein Teil der Schicht besteht aus mehreren Lagen parallel orientierter, unidirektionaler Fasern, wobei die Anzahl der Lagen pro Schicht zwischen den einzelnen Schichten weiter variieren kann.In addition, each layer can comprise several layers of parallel-oriented, unidirectional fibers. Or only part of the layer consists of several layers of parallel oriented, unidirectional fibers, where the number of layers per layer can vary further between the individual layers.
Das Aufschichten der Schichten aus mehreren Lagen parallel orientierter, unidirektionaler Fasern kann einerseits zu einer einfacheren Herstellung führen und andererseits eine feinere Steuerung der Dicke, Dichte, Reißfestigkeit etc. jeder einzelnen Schicht ermöglichen, insbesondere wenn die Anzahl der Lagen für jede Schicht individuell gesteuert wird.The stacking of the layers of several layers of parallel oriented, unidirectional fibers can on the one hand lead to simpler production and on the other hand allow finer control of the thickness, density, tear strength, etc. of each individual layer, especially if the number of layers for each layer is controlled individually.
Das Naturfasermaterial der vorliegenden Erfindung kann Fasern aus einem oder mehreren der folgenden Materialien oder Pflanzenteile umfassen: Blattfasern, Bastfasern oder Stielfasern.The natural fiber material of the present invention may comprise fibers from one or more of the following materials or plant parts: leaf fibers, bast fibers or stem fibers.
Um einige spezifische Beispiele für diese verschiedenen Kategorien zu nennen, beinhalten Blattfasern, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, Fasern aus Abaca, Pifia und/oder Palme, Bastfasern, die verwendet werden können, Fasern aus Hanf, Flachs, Ramie, Kenaf und/oder Jute, und Stielfasern, die verwendet werden können, Fasern aus Bambus und/oder Stroh.To give some specific examples of these different categories, leaf fibers that can be used in the present invention include abaca, pifia and/or palm fibers, bast fibers that can be used, fibers from hemp, flax, Ramie, kenaf and/or jute, and stem fibers that can be used, fibers from bamboo and/or straw.
Noch spezifischer beinhalten einige Beispiele von Naturfasermaterialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können: ein triaxiales Naturfasermaterial unter Verwendung von Flachs- und/oder Bambusfasern, oder ein biaxiales Naturfasermaterial unter Verwendung von Basalt- und/oder Bambusfasern. Diese Materialien können mit der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden, da sie eine gute Kombination aus kommerzieller Verfügbarkeit, struktureller und mechanischer Stabilität und einem geringen ökologischen Fußabdruck bereitstellen.More specifically, some examples of natural fiber materials that can be used in the present invention include: a triaxial natural fiber material using flax and/or bamboo fibers, or a biaxial natural fiber material using basalt and/or bamboo fibers. These materials can be used to advantage with the present invention as they provide a good combination of commercial availability, structural and mechanical stability, and a low environmental footprint.
Eine Materialzusammensetzung des Naturfasermaterials kann ferner innerhalb eines gegebenen Satzes von unidirektionalen Fasern und/oder zwischen mindestens zwei Sätzen von unidirektionalen Fasern variieren. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere physikalische Eigenschaften, insbesondere eine Dicke der Fasern und/oder eine lineare Massendichte der Fasern, innerhalb eines gegebenen Satzes von unidirektionalen Fasern und/oder zwischen mindestens zwei Sätzen von unidirektionalen Fasern variieren.A material composition of the natural fiber material may further vary within a given set of unidirectional fibers and/or between at least two sets of unidirectional fibers. Alternatively or additionally, one or more physical properties, particularly a thickness of the fibers and/or a bulk linear density of the fibers, may vary within a given set of unidirectional fibers and/or between at least two sets of unidirectional fibers.
Flachsfasern können z. B. als gespaltener Bast in immer kleinere Breiten bzw. Feinheiten aufgespalten werden, oder sie können ohne jegliche Aufspaltung des Bastes verwendet werden. Die Verwendung von Flachs kann unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft sein, dass Flachs leicht kommerziell verfügbar ist.Flax fibers can e.g. B. be split as split bast into smaller and smaller widths or finenesses, or they can be used without any splitting of the bast. The use of flax may be advantageous from the point of view that flax is readily available commercially.
Gleiches gilt für Bambus, der eine Halmfaser ist und eine noch größere Kapazität in der maximalen Fasergröße aufweist. Die Verwendung von Bambus kann aufgrund seiner höheren Dichte insbesondere als Fasermaterial für lokale Verstärkungen in Betracht gezogen werden, aber auch als Primärfaser für größere Gepäckstücke oder ganze Koffer, die eine höhere Schlagfestigkeit erfordern.The same applies to bamboo, which is a straw fiber and has an even greater capacity in the maximum fiber size. The use of bamboo can be considered in particular as a fiber material for local reinforcements due to its higher density, but also as a primary fiber for larger pieces of luggage or whole suitcases that require higher impact resistance.
Diese Möglichkeiten erlauben es also, über die für Naturfasermaterial verwendete Orientierung und Anzahl der Achsen (d.h. die Anzahl der Sätze unidirektionaler Fasern) des faserverstärkten Materials der vorliegenden Erfindung hinaus, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Gepäckstücks lokal und kontrolliert weiter zu beeinflussen.These possibilities thus allow, beyond the orientation and number of axes (i.e. the number of sets of unidirectional fibers) of the fiber-reinforced material of the present invention used for natural fiber material, to further influence the physical and mechanical properties of the luggage locally and in a controlled manner.
Vorzugsweise ist das Matrixmaterial biologisch abbaubar und/oder umfasst recyceltes Material. Besonders bevorzugt ist ein biologisch abbaubares Material, das eine hohe Schlagfestigkeit des fertigen Gepäckstücks bereitstellt.Preferably, the matrix material is biodegradable and/or comprises recycled material. A biodegradable material that provides high impact resistance of the finished piece of luggage is particularly preferred.
Eine Möglichkeit in dieser Hinsicht ist die Verwendung einer thermoplastischen Folie aus Polymilchsäure (PLA) als Matrixmaterial oder Teil davon.One possibility in this regard is the use of a polylactic acid (PLA) thermoplastic film as the matrix material or as part of it.
Wie bereits erwähnt, kann die Verwendung eines biologisch abbaubaren Matrixmaterials (z. B. eines Matrixmaterials basierend auf oder bestehend aus der eben erwähnten PLA) in Kombination mit einer Verstärkungsstruktur basierend auf einem Naturfasermaterial dazu führen, dass das gesamte Gepäckstück oder zumindest große Teile davon ebenfalls biologisch abbaubar und damit unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit sehr ansprechend sind. Alternativ, wenn auch unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten weniger bevorzugt, kann auch recyceltes Material verwendet werden (was in der Regel immer noch besser ist als die Verwendung fabrikneuer Materialien), was den Vorteil hat, dass eine größere Klasse von Materialien zur Auswahl steht, da biologisch abbaubare Materialien/Kunststoffe noch nicht in dem Maße entwickelt und in der gleichen Anzahl und Vielfalt verfügbar sind wie recycelbare Kunststoffe.As already mentioned, the use of a biodegradable matrix material (e.g. a matrix material based on or consisting of the PLA mentioned above) in combination with a reinforcement structure based on a natural fiber material can mean that the entire piece of luggage or at least large parts of it are biodegradable and therefore very appealing from a sustainability point of view. Alternatively, although less preferred from a sustainability point of view, recycled material can also be used (which is usually still better than using virgin materials), which has the advantage of having a larger class of materials to choose from, as biodegradable materials /Plastics are not yet developed to the same extent and are not available in the same number and variety as recyclable plastics.
Als Matrixmaterial oder Teile davon können auch biobasiertes Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid-6 (PA6), Polyamid-n (PA11), Polyamid-12 (PA12) und/oder Polycarbonat (PC) verwendet werden, auch wenn diese Materialien nicht (vollständig) biologisch abbaubar sind, aber zumindest umweltfreundlicher sein können, was ihre Beschaffung und Herstellung betrifft (im Vergleich zu Kunststoffen, die z. B. auf Erdöl basieren).Bio-based polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyamide-6 (PA6), polyamide-n (PA11), polyamide-12 (PA12) and/or polycarbonate (PC) can also be used as matrix material or parts thereof, even if these materials are not (fully) biodegradable, but can at least be more environmentally friendly in terms of their procurement and production (compared to plastics that are e.g. based on petroleum).
Im Allgemeinen kann das Matrixmaterial, das in einem erfindungsgemäßen Teil eines Gepäcksystems verwendet wird, jedoch eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: ein amorphes, kristallines oder halbkristallines duroplastisches Harz; ein amorphes, kristallines oder halbkristallines thermoplastisches Harz; oder eine Folie aus einem der vorgenannten duroplastischen oder thermoplastischen Materialien oder Kombinationen davon.In general, however, the matrix material used in a luggage system part according to the invention may comprise one or more of the following materials: an amorphous, crystalline or semi-crystalline thermosetting resin; an amorphous, crystalline or semi-crystalline thermoplastic resin; or a film of one of the aforementioned thermosetting or thermoplastic materials or combinations thereof.
Alle diese Materialien haben ihre Vor- und Nachteile, die dem Fachmann allgemein bekannt sind, und können daher in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Gepäckstücks, in dem sie verwendet werden, verwendet und ausgewählt werden. So sind z.B. duroplastische Harze aus fertigungstechnischer Sicht weniger zu bevorzugen, da sie relativ lange Zykluszeiten für die Aushärtung benötigen, können aber in der fertigen Komponente vorteilhafte Eigenschaften wie z.B. hohe Schlagfestigkeit bereitstellen.All these materials have their advantages and disadvantages, which are well known to those skilled in the art and can therefore be used and selected depending on the desired properties of the luggage in which they are used. For example, thermoset resins are less preferable from a manufacturing perspective because they require relatively long cycle times to cure, but can provide beneficial properties such as high impact strength in the finished component.
Unabhängig von dem/den Basismaterial(en), aus dem/denen die Naturfasern bestehen, und von der chemischen Zusammensetzung des Matrixmaterials kann der erfindungsgemäße Teil eines Gepäcksystems frei von Aluminium sein.Regardless of the base material(s) from which the natural fibers are made and the chemical composition of the Matrixmate rials can be free of aluminum part of a luggage system according to the invention.
Aluminium wurde und wird in großen Mengen in allen Arten von Gepäckstücken auf dem Markt verwendet, sei es in Form ganzer Gepäckschalen oder als Verstärkungs- und Schutzelemente an den Ecken, für Handgriffsysteme und so weiter, während es unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten notorisch unerwünscht ist. Die vorliegende Erfindung bietet eine Alternative zur Verwendung dieses problematischen Materials, indem sie das besprochene faserverstärkte Material basierend auf der Verwendung eines Naturfasermaterials bereitstellt, das dennoch eine vergleichbare Stabilität und Langlebigkeit der Produkte, in denen es verwendet wird, bieten kann, jedoch mit einem wesentlich geringeren ökologischen Fußabdruck.Aluminum has been and is used in large quantities in all types of luggage on the market, be it in the form of whole luggage shells or as corner reinforcement and protection elements, handle systems and so on, while it is notoriously undesirable from a sustainability perspective. The present invention offers an alternative to using this problematic material by providing the discussed fiber reinforced material based on the use of a natural fiber material that can still offer comparable strength and durability to the products in which it is used, but at a significantly lower cost ecological footprint.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gepäckstücks oder eines Teils eines Gepäckstücks gemäß dem ersten Aspekt.A second aspect of the invention relates to a method for producing a piece of luggage or a part of a piece of luggage according to the first aspect.
Der Fachmann versteht, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Optionen, die oben in Bezug auf einen Teil eines Gepäcksystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung besprochen wurden, im Allgemeinen auf entsprechende Merkmale hinsichtlich der Herstellung eines solchen Teils übertragen werden. Die oben besprochenen Ausführungsformen, Merkmale und Möglichkeiten gelten also (soweit technisch und physikalisch möglich) auch für den nun diskutierten zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, nämlich die Herstellung eines solchen Teils, und werden daher nicht alle noch einmal wiederholt. Stattdessen werden im Folgenden nur einige konkrete Ausführungsformen und Möglichkeiten sowie Vorteile des zweiten Aspekts etwas ausführlicher erwähnt, und im Übrigen wird auf die oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung gegebenen detaillierten Erläuterungen verwiesen.Those skilled in the art will understand that the embodiments, features and options discussed above in relation to a part of a luggage system according to the first aspect of the present invention generally translate to corresponding features in relation to the manufacture of such a part. The embodiments, features and possibilities discussed above also apply (as far as technically and physically possible) to the second aspect of the present invention now discussed, namely the production of such a part, and will therefore not all be repeated again. Instead, only a few specific embodiments and possibilities as well as advantages of the second aspect are mentioned in somewhat more detail below, and otherwise reference is made to the detailed explanations given above in connection with the first aspect of the invention.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte: Bereitstellen einer Vorform; Erwärmen der Vorform und Überführen der Vorform in eine Gussform, die Abmessungen aufweist, die der vorgesehenen Form des Teils entsprechen; Schließen der Gussform, vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform die vorgesehene Form des Teils annimmt; Aushärten der Vorform oder Ermöglichen des Aushärtens der Vorform, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit; und Öffnen der Gussform und Entformen des Teils.In one embodiment, the method includes the steps of: providing a preform; heating the preform and converting the preform into a mold having dimensions corresponding to the intended shape of the part; closing the mold, preferably using pressure, so that the preform assumes the intended shape of the part; curing the preform or allowing the preform to cure, preferably using: heat, UV light, and/or ultrasonic waves, and/or with a change in: temperature and/or humidity; and opening the mold and demolding the part.
Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung innerhalb der Gussform, und zwar vorzugsweise, während der Druck in der Gussform zumindest teilweise oder vollständig aufrechterhalten wird. Es ist aber auch denkbar, die Reihenfolge der Verfahrensschritte zu ändern und die Gussform vor und/oder während der Aushärtung zu öffnen und das Teil zu entformen. Oder der Druck in der Gussform kann während der Aushärtung deutlich reduziert werden. Oder die Gussform wird geöffnet, aber das Bauteil bleibt zum Aushärten in der Gussform.Preferably, curing occurs within the mold, preferably while maintaining at least some or all of the pressure in the mold. However, it is also conceivable to change the order of the method steps and to open the mold before and/or during curing and to demould the part. Or the pressure in the mold can be significantly reduced during curing. Or the mold is opened, but the component remains in the mold to harden.
Darüber hinaus kann der Teilschritt des Erwärmens der Vorform vor dem Einbringen in die Gussform auch entfallen, z. B. wenn die Vorform nicht erwärmt werden muss, um hergestellt oder formbar gehalten zu werden (z. B. wenn das Matrixmaterial noch „nass“ ist), und das Erwärmen kann auch, zumindest teilweise, innerhalb der Gussform und/oder beim Schließen der Gussform erfolgen.In addition, the sub-step of heating the preform before it is placed in the mold can also be omitted, e.g. B. when the preform does not need to be heated in order to be manufactured or held moldable (e.g. when the matrix material is still "wet"), and the heating can also, at least partially, occur within the mold and/or when closing the casting done.
Das so hergestellte Teil kann, wie bereits mehrfach angezeigt, eine Schale oder ein Teil einer Schale eines Hartschalenkoffers oder Trolleys sein, es kann aber auch der Hauptkörper oder ein Teil des Hauptkörpers einer anderen Art von Gepäck sein. Es kann auch ein Teil einer Radbaugruppe, eines Handgriffsystems, einer Innenstruktur und so weiter eines Gepäckstücks sein oder umfassen, und die Abmessungen und die Geometrie der Gussform werden der Art des Teils in einer Weise entsprechen, die der Fachmann leicht erkennen kann.As already indicated several times, the part produced in this way can be a shell or a part of a shell of a hard case or trolley, but it can also be the main body or a part of the main body of another type of luggage. It may also be or comprise part of a wheel assembly, a handle system, an internal structure and so on of a piece of luggage, and the dimensions and geometry of the mold will correspond to the nature of the part in a manner which can be readily appreciated by those skilled in the art.
Der Aushärtungsprozess hängt von der Zusammensetzung des verwendeten Matrixmaterials ab und wird hier nicht weiter erörtert.The curing process depends on the composition of the matrix material used and is not further discussed here.
Für den Fall, dass das Naturfasermaterial als eine geschichtete Struktur vorgesehen ist, kann das Bereitstellen der Vorform die Schritte des Bereitstellens einer oder mehrerer Lagen unidirektionaler Naturfasern und des Aufschichtens der Lagen zum Bilden eines Stapels aus einer oder mehreren Schichten unidirektionaler Fasern umfassen, wobei die unidirektionalen Fasern jeder Schicht entlang einer jeweiligen Achse angeordnet sind, wobei ungehärtetes Matrixmaterial auf die Lagen unidirektionaler Fasern und/oder auf den geschichteten Stapel aufgebracht wird und es ermöglicht wird zumindest teilweise von den Naturfasern absorbiert zu werden, um die Vorform zu formen.In the event that the natural fiber material is provided as a layered structure, providing the preform may include the steps of providing one or more plies of unidirectional natural fibers and piling up the plies to form a stack of one or more layers of unidirectional fibers, the unidirectional fibers of each layer are arranged along a respective axis, with uncured matrix material being applied to the plies of unidirectional fibers and/or to the layered stack and allowed to be at least partially absorbed by the natural fibers to form the preform.
Das heißt, das ungehärtete Matrixmaterial kann vor, während oder nach der Schichtung des Stapels bereitgestellt werden. Wenn es während der Schichtung bereitgestellt wird, kann es kontinuierlich zum wachsenden Stapel hinzugefügt werden, oder nachdem eine vordefinierte Anzahl von Lagen hinzugefügt wurde oder nach einem anderen vordefinierten Zeitintervall, zum Beispiel.That is, the uncured matrix material may be provided before, during, or after the stack is laid up. If provided during stratification, it can be added continuously to the growing stack, or after a predefined number of layers have been added, or after some other predefined time interval, for example.
Es sei noch einmal erwähnt, dass die Schichten des Stapels alle die gleiche Anzahl von Lagen aufweisen können, oder die Anzahl der Lagen (d. h. Unterschichten) zwischen zwei oder mehreren Schichten variieren kann.Again, the layers of the stack may all have the same number of plies, or the number of plies (ie sub-layers) may vary between two or more layers.
Die Lagen können bereits vor dem Aufbringen auf den Stapel vororientiert sein, z. B. bei der Lagerung in einem geeigneten Lagerbehälter o. ä., oder sie können direkt beim Aufbringen auf den Stapel in die richtige Orientierung gebracht werden.The layers can already be pre-oriented before being applied to the stack, e.g. B. when stored in a suitable storage container o. Ä., Or they can be placed in the correct orientation directly when applied to the stack.
Das Bereitstellen der Vorform kann ferner das Verschmelzen der Stellen umfassen, an denen sich die Fasern der verschiedenen Lagen oder Schichten innerhalb des Stapels kreuzen oder überlappen, z. B. unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen.
Dies kann nicht nur die Handhabung der Vorform und die nachfolgenden Schritte des Herstellungsprozesses erleichtern, sondern auch die Gesamtstabilität und Festigkeit des hergestellten Teils erhöhen.Providing the preform may further include fusing the locations where the fibers of the various plies or layers within the stack cross or overlap, e.g. B. using: pressure, heat, UV light and/or ultrasonic waves.
Not only can this make preform handling and subsequent steps in the manufacturing process easier, but it can also increase the overall stability and strength of the manufactured part.
Für den Fall, dass das Naturfasermaterial als gewebte Struktur vorgesehen ist, kann das Bereitstellen der Vorform die Schritte des Bereitstellens mindestens eines Naturfasermaterials in Form eines gewebten multiaxialen Stoffs, des Bereitstellens mindestens eines unausgehärteten Matrixmaterials in Form eines Bandes, eines Bogens oder eines Films und des Laminierens des Naturfasermaterials mit dem unausgehärteten Matrixmaterial, vorzugsweise unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, und des Ermöglichens, dass das Naturfasermaterial das unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert, um die Vorform zu formen, umfassen.In the event that the natural fiber material is provided as a woven structure, providing the preform may include the steps of providing at least one natural fiber material in the form of a woven multiaxial fabric, providing at least one uncured matrix material in the form of a ribbon, sheet or film, and laminating the natural fibrous material to the uncured matrix material, preferably using heat and/or pressure, and allowing the natural fibrous material to at least partially absorb the uncured matrix material to form the preform.
In jedem Fall ermöglicht die Erfindung einen umweltfreundlichen Herstellungsprozess, im Wesentlichen von der Landwirtschaft bis zur Endverarbeitung, zum Beispiel durch einen der folgenden beispielhaften Prozesse:
- (a) Die Bastfasern werden entweder als primäres oder sekundäres Landwirtschaftsprodukt geerntet. Bei der sekundären Ernte wird das Primärprodukt (z.B. Leinsamen, Bananen, Cannabis) vom Erntegut getrennt. Abhängig von der Pflanzenart und dem Klima wird dann das unerwünschte Ausgangsmaterial durch verschiedene Verfahren entfernt und anschließend getrocknet. Je nach gewünschter Stofffaserdicke werden die Bestände in kleinere Dimensionen geteilt. Die Fasern werden dann als kontinuierliche Fasern mit einzelnen oder mehreren Arten von Mischungen aufbereitet. Die kontinuierlichen Bastfasern werden zu einem Stoff gewebt, das sich im Webprozess mit anderen Faserarten (z. B. aus Mineralien, Holz oder Bambus) in der gewünschten Mischung, Ausrichtung und Dimension vermischen kann oder nicht.
- (a) The bast fibers are harvested as either a primary or secondary agricultural product. In secondary harvesting, the primary product (e.g. linseed, bananas, cannabis) is separated from the harvested crop. Depending on the plant species and the climate, the unwanted starting material is then removed using various methods and then dried. Depending on the desired fabric fiber thickness, the stocks are divided into smaller dimensions. The fibers are then conditioned as continuous fibers with single or multiple types of blends. The continuous bast fibers are woven into a fabric that may or may not blend with other types of fibers (e.g. from minerals, wood or bamboo) in the weaving process in the desired blend, orientation and dimension.
Ein oder mehrere thermoplastische Harze, die auf Erdöl, vorzugsweise aber auf organischen Stoffen basieren können und die mit kurzen oder langen Fasern jeglicher Herkunft verstärkt oder anderweitig modifiziert sein können, um hohen Schlagkräften standzuhalten, werden auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgrad/-prozentsatz getrocknet und dann durch eine Düse in eine gewünschte Geometrie und Abmessung extrudiert, üblicherweise als Band oder als kontinuierlicher Bogen.One or more thermoplastic resins, which may be petroleum based but preferably organic based, and which may be reinforced with short or long fibers of any origin or otherwise modified to withstand high impact forces, are dried to a desired moisture level/percentage and then through extruded from a die to a desired geometry and dimension, usually as a ribbon or as a continuous sheet.
Der thermoplastische Bogen oder Folie wird dann auf das gewebte Material laminiert, vornehmlich mit Hitze und Druck, bis die Fasern mit dem thermoplastischen Harz imprägniert sind, und dann teilweise abgekühlt und in die gewünschten Dimensionen geschnitten.The thermoplastic sheet or film is then laminated to the woven material, primarily with heat and pressure, until the fibers are impregnated with the thermoplastic resin, and then partially cooled and cut to the desired dimensions.
Diese Vorform wird dann in einem Thermoformverfahren verwendet, bei dem eine dreidimensionale Gussform und die Vorform aufeinandertreffen und das Material mit Wärme und Druck zu dem gewünschten Teil geformt wird.
- (b) Alternativ könnte die Vorform mit einer oder mehreren Schichten aus Fasern beschichtet werden und dann könnte flüssiges Epoxid durch alle Schichten der Vorform hindurch aufgetragen werden, um die Fasern zu imprägnieren und als Bindemittel zu fungieren, das sich ähnlich wie ein thermoplastisches Harz verhält. Die Nassauflegematrix aus Faserschichten und Epoxidharz könnte direkt auf eine dreidimensionale Gussform aufgebracht werden oder in einem flachen Zustand vorbereitet und dann auf eine dreidimensionale Gussform bewegt werden. Die dreidimensionale Gussform weist in der Regel mindestens zwei Teile auf, in der Regel eine männliche und eine weibliche, zwischen denen sich ein Gussformholraum befindet. Wärme und Druck würden dann auf die Teile des Holraumes angewendet werden, um das Epoxidharz in der gewünschten Form auszuhärten.
- (b) Alternatively, the preform could be coated with one or more layers of fibers and then liquid epoxy could be applied through all the layers of the preform to impregnate the fibers and act as a binder, behaving similarly to a thermoplastic resin. The wet lay-up matrix of fiber layers and epoxy could be applied directly to a three-dimensional mold or prepared in a flat state and then moved to a three-dimensional mold. The three-dimensional mold typically has at least two parts, typically a male and a female, with a mold cavity between them. Heat and pressure would then be applied to the parts of the cavity to set the epoxy in the desired shape.
Zusätzlich wäre es auch denkbar, die Fasern mit einem Harz/Epoxid zu imprägnieren und dann die Fasern auszurichten (z. B. ähnlich wie bei einem Webeprozess) und dann alle Stellen, an denen sich die imprägnierten Fasern überlappen, durch Wärme und Druck oder durch Druck und Frequenz ähnlich wie beim Ultraschallschweißen zu verschmelzen. Diese Vorform könnte dann entweder in einem Nass- oder einem Trockenverfahren thermogeformt werden.
- (c) Nach einem der beiden Gussformverfahren können die überschüssigen Materialien weggeschnitten und weitere Löcher in das geformte Teil geschnitten werden, um eine beliebige Anzahl von anderen Bauteilen und Befestigungselementen sowohl innen als auch außen in der endgültigen Baugruppe zu montieren.
- (c) After either of the two molding processes, the excess materials can be removed and additional holes cut in the molded part to mount any number of other components and fasteners both internally and externally in the final assembly.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines Gepäcksystems oder eines Teils eines Gepäcksystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das beschädigt wurde.A third aspect of the invention relates to a method for repairing a luggage system or a part of a luggage system according to the first aspect of the invention which has been damaged.
Auch für diesen dritten Aspekt versteht der Fachmann, dass die oben diskutierten Ausführungsformen, Merkmale und Möglichkeiten in Bezug auf ein Teil eines Gepäcksystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und/oder ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen auf entsprechende Merkmale hinsichtlich der Reparatur eines solchen Teils übertragbar sind. Daher werden im Folgenden nur einige konkrete Ausführungsformen und Möglichkeiten sowie Vorteile des dritten Aspekts der Erfindung kurz erwähnt, und im Übrigen wird auf die oben im Zusammenhang mit dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung gegebenen detaillierten Erläuterungen verwiesen.The person skilled in the art also understands for this third aspect that the embodiments, features and possibilities discussed above in relation to a part of a luggage system according to the first aspect of the present invention and/or a method according to the second aspect of the present invention generally relate to corresponding features the repair of such a part are transferrable. Therefore, only a few specific embodiments and possibilities as well as advantages of the third aspect of the invention are briefly mentioned below, and otherwise reference is made to the detailed explanations given above in connection with the first and/or second aspect of the invention.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Reparatur die Schritte: Hinzufügen von unausgehärtetem Matrixmaterial zu dem beschädigten Bereich des Teils; Ermöglichen, dass das natürliche Fasermaterial in dem beschädigten Bereich das hinzugefügten unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert; Ausüben von Druck auf den beschädigten Bereich (z.B., um die Absorption des unausgehärteten Matrixmaterials weiter zu erleichtern und/oder den beschädigten Bereich in die gewünschte Form umzuformen); und Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials oder Ermöglichen des Aushärtens desselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen, und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit.In one embodiment, the method of repair includes the steps of: adding uncured matrix material to the damaged area of the part; allowing the natural fibrous material in the damaged area to at least partially absorb the added uncured matrix material; applying pressure to the damaged area (e.g., to further facilitate absorption of the uncured matrix material and/or to deform the damaged area into the desired shape); and curing or allowing the added uncured matrix material to cure, preferably using: heat, UV light, and/or ultrasonic waves, and/or with a change in: temperature and/or humidity.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Reparatur die Schritte: Hinzufügen von unausgehärtetem Matrixmaterial zu dem beschädigten Bereich des Teils; Zulassen, dass das natürliche Fasermaterial in dem beschädigten Bereich das hinzugefügte unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert; und Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials oder Ermöglichen des Aushärtens deselben, vorzugsweise unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit.In another embodiment, the method of repair includes the steps of: adding uncured matrix material to the damaged area of the part; allowing the natural fibrous material in the damaged area to at least partially absorb the added uncured matrix material; and curing or allowing the added uncured matrix material to cure, preferably using: pressure, heat, UV light, and/or ultrasonic waves, and/or with a change in: temperature and/or humidity.
Die beiden eben genannten Ausführungsformen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art und Weise, wie der Druck während des Prozesses verwendet wird: Bei der ersten Ausführungsform wird die geschädigte Stelle vor dem Aushärtungsprozess Druck ausgesetzt, während bei der zweiten Ausführungsform während des Aushärtungsprozesses Druck angewendet werden kann oder nicht. Welche Option geeigneter ist und ob die Anwendung von Druck überhaupt notwendig ist, kann von der Größe und Form des Teils und der beschädigten Stelle sowie von der Zusammensetzung des Matrixmaterials und der Art des Aushärtungsprozesses abhängen.The two just-mentioned embodiments differ essentially in the way the pressure is used during the process: in the first embodiment, the damaged area is subjected to pressure before the curing process, while in the second embodiment, pressure can be applied during the curing process or not. Which option is more appropriate, and whether the application of pressure is necessary at all, can depend on the size and shape of the part and the damaged area, as well as the composition of the matrix material and the nature of the curing process.
Bei konventionellen faserverstärkten Werkstoffen auf Mineral- oder Kunststoffbasis ist die Faser selbst typischerweise relativ hydrophob und kann Harz nicht annähernd so gut in die Faser aufnehmen wie eine natürliche oder organische Faser mit ihrer zellulären Struktur. Außerdem sind Mineralfasern vergleichsweise spröde. Sollte ein Gepäckstück, das ein solches Material enthält, brechen, ist es selten möglich, das Teil zu reparieren, da zum Flicken eines solchen Bereichs Material an der Ober- und Unterseite des betroffenen Bereichs hinzugefügt werden müsste, wobei sich das ursprüngliche Substrat dazwischen befindet. Um die Festigkeit zu erhöhen, müssen außerdem Löcher in den Verbundwerkstoff eingebracht werden, die ein sehr hohes Risiko aufweisen, zu einer neuen Schwachstelle zu werden, die einem wiederholten Aufprall nicht standhalten wird.In conventional mineral or plastic based fiber reinforced materials, the fiber itself is typically relatively hydrophobic and cannot incorporate resin into the fiber nearly as well as a natural or organic fiber with its cellular structure. In addition, mineral fibers are comparatively brittle. Should a piece of luggage containing such material break, it is seldom possible to repair the part, as patching such an area would require adding material to the top and bottom of the affected area, with the original substrate in between. In addition, to increase strength, holes must be made in the composite, which have a very high risk of becoming a new weak point that will not withstand repeated impacts.
Die Verwendung von Naturfasern, wie sie die vorliegende Erfindung vorschreibt, überwindet dieses Problem, da Naturfasern typischerweise hygroskopisch sind und somit mehr Harz in den Bruchbereichen beim Reparatur- / Patching-Prozess aufnehmen können als Fasern aus mineralischen oder synthetischen Materialien. Dadurch ist es möglich, das zu reparierende Teil zu verstärken und nicht zu schwächen. Darüber hinaus kann der Reparaturprozess potenziell viele Male stattfinden und wenn der Reparaturprozess als erschöpft angesehen wird oder wirtschaftlich nicht machbar ist, kann das Gepäckteil vollständig oder zumindest überwiegend kompostierbar oder biologisch abbaubar sein, wie bereits oben diskutiert.The use of natural fibers as dictated by the present invention overcomes this problem as natural fibers are typically hygroscopic and thus can absorb more resin in the fracture areas during the repair/patching process than fibers made from mineral or synthetic materials. This makes it possible to strengthen and not weaken the part to be repaired. Additionally, the repair process can potentially occur many times, and when the repair process is deemed exhausted or not economically feasible, the luggage item may be fully or at least substantially compostable or biodegradable, as discussed above.
In diesem Zusammenhang könnten z. B. Komponenten wie Stoffe, Griffe und Räder, die das offengelegte faserverstärkte Material mit dem Naturfasermaterial aufweisen, wiederverwendet werden (z. B. nach Abnutzung), um Trolley-Schalen aus diesem Material zu reparieren.In this context z. B. Components such as fabrics, handles and wheels comprising the disclosed fiber reinforced material with the natural fiber material can be reused (e.g. after wear) to repair trolley shells made from this material.
Figurenlistecharacter list
Mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher beschrieben:
-
1a-b : Beispiele für ein faserverstärktes Material umfassend ein Naturfasermaterial und ein Matrixmaterial, das in einem erfindungsgemäßen Teil eines Gepäcksystems verwendet werden kann; -
2 : Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Teils eines Gepäcksystems; -
3 : Weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Teils eines Gepäcksystems; -
4 : Beispiel für ein erfindungsgemäßes Teil eines Gepäcksystems mit einem biaxialen, gewebten Naturfasermaterial; und -
5a-h : Beispiel für ein erfindungsgemäßes Gepäcksystem in Form eines Reise- oder Kabinentrolleys.
-
1a-b : Examples of a fiber-reinforced material comprising a natural fiber material and a matrix material that can be used in a part of a luggage system according to the invention; -
2 : example of a method according to the invention for producing a part of a luggage system according to the invention; -
3 : Another example of a method according to the invention for producing a part of a luggage system according to the invention; -
4 : Example of a part of a luggage system according to the invention with a biaxial, woven natural fiber material; and -
5a-h : Example of a luggage system according to the invention in the form of a travel or cabin trolley.
5. Detaillierte Beschreibung möglicher Ausführungsformen5. Detailed description of possible embodiments
Mögliche Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben, vorwiegend in Bezug auf Reise- oder Kabinentrolleys. Es wird jedoch nochmals betont, dass die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung auch in anderen Arten von Gepäcksystemen praktiziert werden können und nicht auf die nachfolgend dargestellten Ausführungsformen beschränkt sind.Possible embodiments of the various aspects of the present invention are described below, primarily in relation to travel or cabin trolleys. However, it is again emphasized that the various aspects of the present invention can also be practiced in other types of luggage systems and are not limited to the embodiments presented below.
Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass im Folgenden nur einzelne Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden können. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die unter Bezugnahme auf diese Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, Möglichkeiten und möglichen Modifikationen auch in anderer Weise oder in anderen Unterkombinationen weiter modifiziert und/oder miteinander kombiniert werden können, ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Einzelne Merkmale oder Untermerkmale können auch weggelassen werden, wenn sie zur Erreichung des gewünschten Ergebnisses als entbehrlich erachtet werden. Um Redundanzen zu vermeiden, wird daher auf die Erläuterungen in den vorangegangenen Abschnitten verwiesen, die auch für die nachfolgende detaillierte Beschreibung gelten.It is also pointed out that only individual embodiments of the invention can be described in more detail below. However, the person skilled in the art will understand that the features, possibilities and possible modifications described with reference to these embodiments can also be further modified and/or combined with one another in other ways or in other sub-combinations without departing from the scope of the present invention. Individual features or sub-features can also be omitted if they are considered dispensable to achieve the desired result. In order to avoid redundancies, reference is therefore made to the explanations in the previous sections, which also apply to the following detailed description.
Die kontinuierlichen Naturfasern 110a können als eine Vielzahl von Faserbündeln / faserartigen Garnen bereitgestellt werden. Die Naturfasern 110a formen in
Die Fasern 110a des Satzes 120a sind in ein Matrixmaterial 130a eingearbeitet. Die Fasern 110a können auch das Matrixmaterial 130a „aufgesaugt“ haben und somit mit dem Matrixmaterial 130a imprägniert sein. Während in der in
Die Fasern 110a des Naturfasermaterials können z. B. eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: Blattfasern, Bastfasern oder Stengelfasern.The
Beispielsweise kann die Verwendung von Flachs, der eine Bastfaser ist, für die Fasern 110a (oder für jede der hier besprochenen Naturfasern) unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft sein, dass Flachs leicht kommerziell verfügbar ist. Die Verwendung von Bambus, der eine Stengelfaser ist, kann ebenfalls in Betracht gezogen werden, insbesondere als Fasermaterial für die lokale Verstärkung, aufgrund seiner höheren Dichte, aber auch als Primärfaser für größere Gepäckstücke oder ganze Koffer, die eine höhere Schlagfestigkeit erfordern.For example, the use of flax, which is a bast fiber, for the
Das Matrixmaterial 130a kann eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen: ein amorphes, kristallines oder halbkristallines duroplastisches Harz; ein amorphes, kristallines oder halbkristallines thermoplastisches Harz; oder eine Folie aus einem der vorgenannten duroplastischen oder thermoplastischen Materialien oder Kombinationen davon. Vorzugsweise ist das Matrixmaterial 130a biologisch abbaubar und/oder umfasst recyceltes Material.The
Eine besondere Möglichkeit ist die Verwendung von PLA als Matrixmaterial 130a oder zumindest als Basis für das Matrixmaterial 130a aufgrund seiner bekannten biologischen Abbaubarkeit. Generell sind biologisch abbaubare und schlagfeste, biobasierte Thermoplaste oder Harze gut für die vorliegende Erfindung geeignet.A particular possibility is the use of PLA as the
Als Alternativen kommen auch teilweise oder vollständig biobasierte PE-, PP-, PA6-, PA11-, PA12- und PC-Materialien in Betracht, die zwar nicht (vollständig) biologisch abbaubar sind, aber dennoch umweltfreundlicher sind als z. B. herkömmliche Kunststoffe basierend auf Erdöl.Partially or fully bio-based PE, PP, PA6, PA11, PA12 and PC materials can also be considered as alternatives, which are not (completely) biodegradable but are still more environmentally friendly than e.g. B. conventional plastics based on petroleum.
Die kontinuierlichen Naturfasern 110c können als eine Vielzahl von Faserbündeln / faserartigen Garnen 115c bereitgestellt werden. Die Naturfasern 110c formen n Sätze von unidirektionalen Fasern, wobei für die in
Eine Modifikation (nicht gezeigt) des Materials 100c würde nicht vier, sondern drei Sätze unidirektionaler Fasern 110c aufweisen (d. h. n = 3, ein triaxialer Stoff), wobei die Fasern von zwei der drei Sätze unidirektionaler Garne zueinander nicht parallel sind, d. h. sie schneiden sich in einem von 0° verschiedenen Winkel. Vorzugsweise würden sich mindestens zwei der drei Sätze auch in einem von 60° verschiedenen Winkel schneiden, mit den sich daraus ergebenden technischen Vorteilen, die in Abschnitt Nr. 3 oben erörtert wurden, auf den daher in diesem Zusammenhang verwiesen wird.A modification (not shown) of the material 100c would have three sets of
Im Material 100c ist das Naturfasermaterial als ein geschichteter Stoff bereitgestellt, wobei in der Ausführungsform von
In der Ausführungsform von
- -
Der erste Satz 120c umfasst Schichten 140c und 147c mit Lagen Nr. 1-6 und Nr. 43-48, in denen die Fasern in einem Winkel von 0° bezüglich der Querrichtung (die hier ohne Verlust der Allgemeinheit als Bezugspunkt genommen wird) angeordnet sind. - - Der zweite Satz 121c umfasst Schichten 141c und 146c mit Lagen Nr. 7-12 bzw. Nr. 37-42, in denen die Fasern in einem Winkel von +45° bezüglich der Querrichtung angeordnet sind.
- - Der dritte Satz 122c umfasst Schichten 142c und 145c mit Lagen Nr. 13-18 bzw. Nr. 31-36, bei denen die Fasern in einem Winkel von +90° zur Querrichtung angeordnet sind.
- - Der vierte Satz 123c umfasst Schichten 143c und 144c mit Lagen Nr. 19-24 bzw. Nr. 25-30, in denen die Fasern in einem Winkel von -45° zur Querrichtung angeordnet sind.
- The
first set 120c comprises 140c and 147c with plies #1-6 and #43-48 in which the fibers are arranged at an angle of 0° with respect to the transverse direction (taken here as a reference point without loss of generality). are.layers - - The second set 121c comprises layers 141c and 146c with plies No. 7-12 and No. 37-42 respectively, in which the fibers are arranged at an angle of +45° with respect to the transverse direction.
- - The third set 122c comprises layers 142c and 145c with plies #13-18 and #31-36, respectively, in which the fibers are arranged at an angle of +90° to the transverse direction.
- - The fourth set 123c comprises
layers 143c and 144c with plies #19-24 and #25-30, respectively, in which the fibers are arranged at an angle of -45° to the transverse direction.
Auch hier (d.h. auch für die Situation n > 2) kann eine Materialzusammensetzung der Naturfasern 110c oder Faserbündel / faserartigen Garne 115c zwischen zwei (oder mehreren) der Sätze 120c - 123c variieren, und auch innerhalb eines gegebenen der Sätze 120c - 123c aus unidirektionalen Fasern (z.B. zwischen verschiedenen Schichten oder sogar verschiedenen Lagen, die in einem der Sätze enthalten sind, oder sogar innerhalb einer gegebenen Lage). Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere physikalische Eigenschaften, wie eine Dicke der Fasern 110c und/oder eine lineare Massendichte der Fasern 110c, innerhalb eines gegebenen der Sätze 120c - 123c und/oder zwischen zwei (oder mehr) der Sätze 120c - 123c von unidirektionalen Fasern variieren.Here too (ie also for the situation n > 2) a material composition of the
Das Verfahren 200 der
Weitere Materialien und Komponenten, die in Schritt 210 bereitgestellt werden können, beinhalten z.B.: Klebstoffe, wie Klebepulver, Klebefilme, Bahnkleber; geschnittenes Glas; textile Materialien zur weiteren Verstärkung; Folienmaterial.Other materials and components that may be provided in
Das Verfahren 200 umfasst ferner den Schritt des Laminierens des Naturfasermaterials mit dem unausgehärteten Matrixmaterial und des Ermöglichen des Naturfasermaterials, das unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise zu absorbieren, um die Vorform 20 zu formen, allgemein angezeigt durch das Bezugszeichen 220. In dem in
Die Vorform 20 kann in Form von Rollen oder Bögen gelagert werden, wie allgemein bei Bezugszeichen 230 angezeigt wird.The
Nachdem die Vorform 20 auf diese Weise bereitgestellt wurde, umfasst das Verfahren 200 ferner den (optionalen) Schritt des Erwärmens der Vorform 20 (das Erwärmen kann auch, zumindest teilweise, innerhalb der Gussform 22 und/oder während des Schließens der Gussform 22 erfolgen oder vollständig weggelassen werden, wenn es nicht erforderlich ist, um die Vorform 20 formbar zu machen oder zu halten), und das Verfahren 200 umfasst den Schritt des Überführens der Vorform 20 in eine Gussform 22, die Abmessungen aufweist, die der beabsichtigten Form des herzustellenden Teils entsprechen. Dieser Schritt ist allgemein bei Bezugszeichen 240 angezeigt. Die Gussform 22 wird dann geschlossen, wie bei Bezugszeichen 250 angezeigt, vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform 20 die durch den Gussformholraum definierte Form und Geometrie annimmt, d. h. die beabsichtigte Form des herzustellenden Teils (zumindest seine allgemeine Form; es können weitere Nachbearbeitungsschritte am entformten Teil folgen, die die Form und Geometrie des Teils ebenfalls weiter verändern können). Die Vorform 20 wird dann ausgehärtet oder man ermöglicht das Aushärten in der Gussform 22 (der Druck in der Gussform kann während des Aushärtens aufrechterhalten werden oder auch nicht), vorzugsweise unter Anwendung von Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter Änderung von Temperatur und/oder Feuchtigkeit, wie bei Bezugszeichen 260 angezeigt. Schließlich wird, wie bei Bezugszeichen 270 angezeigt, die Gussform 22 geöffnet und das Formteil 21 eines Gepäcksystems aus der Gussform 22 entnommen. Nach dem Entformungsschritt 270 kann, wie oben bereits angezeigt, eine weitere Bearbeitung erfolgen, z. B. kann das Teil 21 beschnitten oder nachbearbeitet werden, es können Löcher oder weitere Komponenten eingefügt werden, usw.After the
Das in
Darüber hinaus kann das Verfahren 300 auch den Schritt des Verschmelzens der Stellen umfassen, an denen sich die Fasern der verschiedenen Lagen oder Schichten innerhalb des Stapels kreuzen oder überlappen, und zwar unter Anwendung von: Druck, Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen (in
Von dort aus kann das Verfahren 300 in ähnlicher Weise ablaufen wie das oben beschriebene Verfahren 200: Die wie soeben bereitgestellte Vorform 30 kann erwärmt werden (die Erwärmung kann auch, zumindest teilweise, innerhalb der Gussform 32 und/oder während des Schließens der Gussform 32 erfolgen oder ganz entfallen, wenn dies nicht notwendig ist, um die Vorform 30 formbar zu machen oder zu halten) und die Vorform 30 wird dann in eine Gussform 32 überführt, die Abmessungen aufweist, die der beabsichtigten Form des herzustellenden Teils entsprechen. Dieser Schritt ist allgemein mit dem Bezugszeichen 340 angezeigt. Die Gussform 32 wird dann geschlossen, wie mit Bezugszeichen 350 angezeigt, vorzugsweise unter Anwendung von Druck, so dass die Vorform 30 die durch den Formhohlraum definierte Form und Geometrie und damit die beabsichtigte Form des herzustellenden Teils annimmt (auch hier kann eine weitere Nachbearbeitung des entformten Teils erfolgen). Die Vorform 30 wird dann ausgehärtet oder man lässt sie in der Gussform 32 aushärten (auch hier kann der Druck in der Gussform während des Aushärtens aufrechterhalten werden oder auch nicht), vorzugsweise unter Anwendung von Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen und/oder unter einer Änderung der Temperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit, wie bei Bezugszeichen 360 angezeigt. Schließlich wird, wie mit Bezugszeichen 370 angezeigt, die Gussform 32 geöffnet und das Formteil 31 eines Gepäcksystems aus der Gussform 32 entnommen. Nach dem Entformungsschritt 370 kann wieder eine Weiterverarbeitung erfolgen, z. B. kann das Teil 31 beschnitten oder nachbearbeitet werden, es können Löcher oder weitere Komponenten hinzugefügt werden usw.From there, the
Die Dauer und die Verarbeitungsparameter für die verschiedenen Schritte des Thermoform-/Gussformvorgangs, d. h. die Schritte 240 - 270 und 340 - 370, können z. B. von den physikalischen Abmessungen und den Pressfähigkeiten der Gussformeinrichtung und den für die Herstellung verwendeten Materialien abhängen. So kann z. B. die Dauer des Formschließschrittes 250, 350 von den Pressfähigkeiten (z. B. maximaler Schließdruck) und dem Imprägnierverhalten der in der Vorform 20, 30 enthaltenen Naturfasern abhängen, während die Dauer des Aushärtungsschrittes 260, 360 von der chemischen Zusammensetzung des Matrixmaterials, der Aushärtungstemperatur innerhalb der Gussform, der Dauer und Höhe des während des vorangegangenen Schrittes 250, 350 ausgeübten Drucks, dem Formdruck während der Aushärtung usw. abhängen kann.The duration and processing parameters for the various steps of the thermoforming/casting process, i. H. steps 240-270 and 340-370, e.g. B. depend on the physical dimensions and the pressing capabilities of the mold equipment and the materials used for manufacture. So e.g. B. the duration of the
Einige der durch die Verfahren 200, 300 bereitgestellten Schritte zur Herstellung eines Teils eines Gepäcksystems können auch, möglicherweise in einer leicht modifizierten Version, verwendet werden, um ein Verfahren zur Reparatur eines beschädigten Teils eines Gepäcksystems bereitzustellen.Some of the steps provided by
Ein solches Verfahren kann die Zugabe von unausgehärtetem Matrixmaterial in den beschädigten Bereich des Teils und das Ermögliche, dass das Naturfasermaterial in dem beschädigten Bereich das ginzugefügte unausgehärtete Matrixmaterial zumindest teilweise absorbiert, umfassen (z. B. ähnlich dem Schritt 330 des Verfahrens 300).Such a method may include adding uncured matrix material to the damaged area of the part and allowing the natural fiber material in the damaged area to at least partially absorb the added uncured matrix material (e.g., similar to step 330 of method 300).
Anschließend kann Druck auf den beschädigten Bereich ausgeübt werden, z. B. innerhalb einer Gussform (z. B. ähnlich wie in Schritt 250 des Verfahrens 200 oder in Schritt 350 des Verfahrens 300) oder auf eine andere Weise.Pressure can then be applied to the damaged area, e.g. B. within a mold (eg, similar to step 250 of the
Der Reparaturprozess kann weiterhin das Aushärten des hinzugefügten unausgehärteten Matrixmaterials beinhalten oder ein Aushärten ermögliche, während, nach oder ohne Anwendung von Druck und vorzugsweise unter Anwendung von: Wärme, UV-Licht und/oder Ultraschallwellen, und/oder unter einer Änderung von: Temperatur und/oder Feuchtigkeit (z.B. ähnlich Schritt 260 des Verfahrens 200 oder Schritt 360 des Verfahrens 300).The repair process may further involve curing the added uncured matrix material or allowing curing while, after or without the application of pressure and preferably using: heat, UV light and/or ultrasonic waves, and/or under a change of: temperature and /or humidity (e.g. similar to step 260 of
Bei dem in
Unten in
Schließlich zeigen die
Der Trolley 500 besteht im Allgemeinen aus einer vorderen Schale 510 und einer hinteren Schale 520, die so miteinander verbunden sind, dass die beiden Schalen 510, 520 aufeinander geöffnet und geschlossen werden können. Der Trolley 500 umfasst ferner ein Mittel zum Verschließen, in der hier gezeigten Ausführungsform einen Reißverschlussmechanismus 530, um die beiden Schalen 510, 520 in ihrer geschlossenen Position zu sichern.The
Der Trolley 500 umfasst ferner vier sich drehende Räder 540, die in entsprechenden Vertiefungen 545 an den vier unteren Ecken der vorderen und hinteren Schalen 510, 520 angebracht sind.The
Der Trolley 500 umfasst auch ein einziehbares Griffstangensystem 550 zum Ziehen des Trolleys 500 auf seinen Rädern sowie eine seitliche Griffanordnung 560 zum Tragen des Trolleys 500 mit der Hand.The
Unterhalb des Griffstangensystem 550 kann eine Aussparung bzw. ein Stauraum 570 angeordnet sein, der in der ausgefahrenen Position des Griffstangensystem 550 zugänglich ist (siehe
Neben der vorderen und hinteren Schale 510 und 520 können beliebige oder alle Teile des Trolleys 500 das offenbarte faserverstärkte Material umfassen oder darauf basieren bzw. aus einem solchen Material hergestellt sein.Besides the front and
Auf diese Weise können die offenbarten Materialien und Verfahren die Bereitstellung eines Trolleys 500 ermöglichen, der frei von Aluminium oder zumindest mit einem deutlich reduzierten Anteil an Aluminium ist und vollständig oder zumindest überwiegend auf natürlichen und biologisch abbaubaren Materialien basiert. Dadurch wird der ökologische Fußabdruck, den das Gepäcksystem 500 hinterlässt, sowohl zu Beginn als auch am Ende seiner Lebensdauer verringert.In this way, the disclosed materials and methods can enable the provision of a
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